紫云英不同翻压年限下驱动水稻产量变化的土壤理化因子分析

柳开楼 韩天富 李文军 余喜初 胡志华 叶会财 胡丹丹 宋惠洁 李大明 黄庆海

紫云英不同翻压年限下驱动水稻产量变化的土壤理化因子分析

柳开楼1, 2韩天富2李文军1, 3余喜初1,*胡志华1叶会财1胡丹丹1宋惠洁1李大明1黄庆海1

(1江西省红壤研究所 国家红壤改良工程技术研究中心，南昌 330046；2中国农业科学院 农业资源与农业区划研究所/耕地培育技术国家工程实验室，北京 100081；3湖南文理学院 资源环境与旅游学院，湖南 常德 415000；*通信联系人，E-mail: yxchu@163.com)

【】紫云英(L)是双季稻冬闲期重要的绿肥作物，长期进行紫云英翻压还田可以实现土壤培肥和水稻增产的双重目标。但是，在众多的土壤理化指标中，有关紫云英不同翻压年限下驱动水稻产量变化的关键因子还不明确。本研究在紫云英传统种植区(江西省余江区)，选择紫云英翻压时间为0、3、5、10和15年(G0、G3、G5、G10和G15)的稻田，分析了土壤团聚体、有机质、氮磷钾养分含量和土壤酸化特征，并进一步探讨了土壤理化指标与早稻产量的相关关系。G5、G10和G15处理下，>2 mm团聚体组分的比例显著高于G0和G3处理。紫云英翻压年限越长，土壤有机质、全氮磷和速效氮磷钾及缓效钾含量越高。与G0处理相比，G10和G15处理下土壤pH提高了0.83和0.65个单位，且G15处理下土壤交换性酸/氢铝含量均显著低于G0处理。比较相关系数，在所有指标中，>2 mm团聚体组分的比例、土壤有机质、速效氮含量与籽粒产量的相关性较高(R均大于0.8，<0.01)。通径分析结果表明，紫云英翻压年限显著影响团聚体和有机质及养分指标，进而影响水稻产量。在双季稻区，长期紫云英翻压还田是实现土壤培肥和早稻增产的关键途径。紫云英翻压达到10年以上时，稻田土壤酸化得到明显改善。翻压年限对土壤大团聚体组分的影响程度较高，而土壤有机质和速效氮含量则是调控水稻产量变化的关键因素。

紫云英；不同年限；团聚体；土壤酸化；产量；早稻

双季稻是中国南方丘陵区重要的水稻种植模式，主要分布在江西和湖南等省份[1]。长期以来，该地区的双季稻对于全国的粮食安全和稳定起着至关重要的作用。然而，不同于小麦-水稻轮作和小麦-玉米等轮作制度的高度集约化，双季稻模式中有长达3~4个月的冬闲期。因此，如何利用双季稻的冬闲进行土壤培肥就显得十分重要。

利用冬闲期进行紫云英(L)等绿肥种植是我国南方双季稻区传统的培肥习惯[2]。除了直接增加有机碳投入之外，紫云英还能固定约32.8 kg/hm2氮进入稻田生态系统以培肥土壤和供下季水稻利用[3]。长达20~30年的定位试验表明，紫云英长期翻压还田下早晚稻产量及产量稳定性指数显著高于冬闲处理[4-6]，土壤可溶性有机质含量也显著增加[7]，且土壤抗物理退化、土壤养分供应和贮藏、抗生物化学退化和保持作物生产力的功能都明显强于冬闲处理[8]。连续5~7年的试验表明，紫云英翻压能有效促进稻田土壤有机质积累，且绿肥配施化肥能够提高土壤碳库活性和碳转化酶活性，并且增加可溶性有机质的分子量及腐殖化程度[9-11]。同时，在绿肥短期还田下(2~6年)，合理的翻压量是提升水稻产量和养分利用率及化肥减施增效的关键[12-16]。此外，单次绿肥翻压还田量也显著影响土壤肥力和水稻产量，与较低翻压量(30 t/hm2)相比，适度提高翻压量(60 t/hm2)可以提升水稻产量，但翻压量太高(90~120 t/hm2)则不利于水稻高产[12]。前人研究表明，受化肥配施比例的影响，水稻高产条件下紫云英适宜的翻压量也存在较大差异[17-18]。深入分析发现，绿肥翻压时间和翻压量可以通过影响碳投入量进一步调控土壤微生物群落[19-21]，从而有效改善水稻根系生长环境，为水稻高产提供良好的基础。

受土壤类型和稻作模式等因素的影响，紫云英不同翻压年限和单次翻压量处理下水稻的增产幅度不一，且对土壤有机质等肥力指标提升的效果也存在较大差异[22-23]。除了土壤有机质之外，紫云英短期和长期翻压均有利于大团聚体组分的增加，显著增加土壤团聚体的稳定性[24-25]。刘春增等[26]研究发现，在30~60 t/hm2紫云英翻压量条件下，土壤团聚体稳定性显著提升。同时，与冬闲处理相比，紫云英翻压处理显著提高了土壤pH值[27-28]，因此，紫云英还田可以有效缓解土壤酸化趋势[29]。

近年来，随着国家对耕地资源的保护和重视力度不断加大，紫云英等绿肥作物在南方双季稻区发展迅速[2]。但是，由于缺乏对紫云英不同翻压年限下土壤肥力特征的清晰认识，大多数稻农对利用双季稻冬闲期进行紫云英种植的热情普遍不高[30]。为精准指导绿肥翻压条件下的土壤肥力管理和水稻养分投入，开展紫云英不同翻压还田下土壤理化性质研究就显得十分迫切。然而，在土壤团聚体、有机质和酸化特征等指标中，驱动水稻产量的关键因子还缺乏深入研究，尤其是在不同紫云英翻压年限下，累积的碳投入差异可能通过调控土壤碳氮周转显著影响水稻产量。因此，本研究拟选择紫云英不同翻压年限的稻田，分析土壤团聚体、有机质和氮磷钾含量及酸化特征，并结合受紫云英翻压直接影响的早稻季，探讨驱动水稻产量的关键土壤理化因子，以期为该地区的土壤培肥提供理论支撑，并有效指导该地区的冬季紫云英种植和管理。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于江西省鹰潭市余江区(东经116°41′~117°09′，北纬28°04′~28°37′之间)，属亚热带季风气候区，年均温、年均降雨量和年日照时数分别为17.6℃，1766 mm和1809 h。作为江南丘陵区典型的水稻主产区，该地区具有长期紫云英种植并翻压还田的良好传统。

1.2 试验设计

结合实地调研，于2017年冬季在余江区分别选择紫云英翻压3、5、10和15年(G3、G5、G10和G15)的稻田，并以无紫云英翻压历史的田块为对照(G0)。其中，G0处理位于邓埠镇西坂村，G3和G5处理位于马荃镇松山村，G10和G15处理位于平定乡洪万村。所有处理均定位3块田，田块面积为600~2000 m2。所有稻田的土壤类型均属于河流冲积土发育而成的潴育型水稻土。

紫云英品种为余江大叶籽，每年9月下旬播种，播种量为37.5 kg/hm2，均在盛花期(4月上旬)翻压，年翻压量约为22.5 t/hm2。同时，为比较各处理的产量，统一了各田块2018年的早稻品种和早稻季施肥量。早稻品种为中早22，种植方式为直播，播种量为75 kg/hm2，出苗后水稻基本苗为66.5万/hm2，成熟期的有效穗数约为300万/hm2。2018年4月15日播种，6月10日齐穗，7月12日成熟。水稻播种前基肥施用量为复合肥(N、P2O5和K2O含量均为15%) 600 kg/hm2，出苗后20 d施用尿素(N含量为46%)150 kg/hm2。其他管理措施同当地农民习惯。

1.3 测定指标

1.3.1 籽粒产量测定

在2018年早稻成熟期，每个田块随机采集5个1 m2样方的水稻植株，人工脱粒晒干后测定产量。

1.3.2 土壤样品采集和分析

2018年春季紫云英翻压前，每个田块随机采集5个点，每个点使用不锈钢采样器采集20 cm深、5 cm宽和5 cm长的原状土壤样品，放入塑料盒中带回实验室进行团聚体分级。同时采集一部分混合土壤，风干进行土壤理化指标分析。

土壤团聚体分析参照Elliott[31]的方法，将土样放置于孔径为2 mm的不锈钢筛上，室温下蒸馏水浸泡10 min，然后通过2、1、0.5、0.25和0.053 mm的不锈钢筛，竖直上下振荡50次，收集各级土筛上的土壤，获得>2 mm、1~2 mm、0.5~1 mm、0.25~2 mm和0.25~0.053 mm的水稳性土壤团聚体，<0.053 mm的团聚体通过将溶液静置、离心获得。将各级筛层中的土粒转移至烧杯中，50℃烘干后称量计算各粒径团聚体的比例。

土壤有机质含量采用浓硫酸-重铬酸钾外加热法测定；全氮、全磷和全钾含量分别采用凯氏定氮法、高氯酸-硫酸消煮-钼锑抗比色法和氢氧化钠熔融浸提-火焰光度计测定；土壤速效氮磷钾含量分别采用碱解扩散法、碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法和醋酸铵浸提-火焰光度计测定；土壤缓效钾采用硝酸煮沸-火焰光度计测定，具体步骤参考鲁如坤[32]。

土壤pH值采用水浸提(1∶2.5土水比)玻璃电极法测定，土壤交换性氢和交换性铝含量采用氯化钾交换-中和滴定法测定，交换性氢铝的总和即为土壤交换性酸含量。

采用Microsoft Excel软件对数据进行处理，SPSS 19.0数据分析系统进行统计分析，采用单因素方差分析检验处理间差异显著性(0.05)，基于R语言对翻压年限、土壤理化指标与籽粒产量的相互关系采用偏最小二乘路径模型(partial least squares path mode, PLS-PM)进行分析，采用Origin 8.5进行制图。

2 结果与分析

2.1 紫云英翻压年限对土壤团聚体组分的影响

紫云英翻压年限显著改变土壤团聚体组分，尤其是>2 mm团聚体组分的比例(图1)。与对照相比(G0)，除了紫云英翻压3年(G3)处理下>2 mm团聚体组分的比例无显著提升之外，紫云英翻压5、10和15年(G5、G10和G15)处理下>2 mm团聚体组分的比例分别提高了250.22%、357.96%和469.24%。其中，以G15处理下>2 mm团聚体组分的比例最高，且G15处理下1~2 mm团聚体组分的比例也显著高于G0处理；0.5~1 mm团聚体组分的比例则G3与G0显著高于其他处理，且G3和G0处理间无显著差异；与G0处理相比，G15处理下0.25~0.5 mm团聚体组分的比例显著降低，而G3、G5和G10下0.25~0.5 mm团聚体组分的比例则与G0处理无显著差异；对于0.053~0.25 mm团聚体组分的比例，则呈现出G3和G15处理显著低于G0处理，G5和G10处理则与G0处理无显著差异；在所有处理中，G15处理下<0.053 mm团聚体组分的比例显著低于G10处理，而其他处理间则无显著差异。

G3、G5、G10和G15分别表示紫云英翻压3、5、10和15年限。数值均用平均值±标准差（n=3）表示。不同小写字母表示同一组分不同处理存在显著差异（P<0.05）。下同。

Fig. 1. Changes in soil aggregate fractions with turnover of Chinese milk vetch for different years.

表1 紫云英不同翻压年限下土壤有机质和全量氮磷钾含量变化

表2 紫云英不同翻压年限下土壤速效氮磷钾和缓效钾含量变化

2.2 紫云英翻压年限对土壤有机质和氮磷钾含量的影响

紫云英翻压可以显著提升土壤有机质含量，G3、G5、G10和G15处理的土壤有机质含量比G0处理分别增加了68.77%、153.65%、269.36%和409.68%，且翻压年限越长，有机质含量提升幅度越大(表1)。所有处理中，G15处理的土壤全氮和全磷含量显著最高。与G0相比，G3和G5处理下土壤全氮含量无显著增加，但G10和G15处理下土壤全氮含量分别提升了61.66%和101.35%。同时，与G0相比，G3处理的土壤全磷含量无显著增加，而G5、G10和G15处理下土壤全磷含量分别增加了29.72%、30.14%和53.04%。而紫云英翻压下土壤全钾含量无显著差异。

表2结果表明，土壤速效氮磷钾含量随着紫云英翻压年限的增加而逐渐提高。所有处理中均以G15处理的速效氮磷钾和缓效钾含量最高，分别比G0处理提升了179.45%、377.24%、250.52%和102.54%；与G0处理相比，G10处理下速效氮磷钾和缓效钾含量分别增加了127.39%、111.10%、229.90%和100.56%，G5处理下速效氮磷钾和缓效钾含量分别增加了67.12%、81.12%、163.92%和29.01%，而在G3处理下，除了速效氮和缓效钾显著高于G0处理之外，速效磷和速效钾则与G0处理无显著差异。

2.3 紫云英翻压年限对土壤酸化的影响

紫云英翻压3~5年不会显著改变土壤pH值，但紫云英翻压10~15年则可以显著阻控土壤酸化(表3)。与G0处理相比，G10和G15处理下土壤pH值分别提高了0.83和0.65个单位，且G15处理下土壤交换性酸、交换性氢和交换性铝含量分别比G0处理降低了90.64%、64.71%和94.26%。G3、G5和G10处理下土壤交换性酸、交换性氢和交换性铝含量略低于G0处理，但差异不显著。

2.4 紫云英翻压年限对水稻产量及其构成因子的影响

紫云英翻压可以显著提升水稻产量(图2)，紫云英翻压3~15年，早稻产量为5074~6483 kg/hm2，同时，紫云英翻压年限越长，水稻产量越高。与G0处理相比，G3、G5、G10和G15处理下早稻产量分别提升了8.19%、14.74%、21.93%和27.78%。进一步分析表明，紫云英翻压年限与早稻籽粒产量可以用一元一次方程进行拟合(=91.567+5206.7，²=0.9549，<0.01)，紫云英翻压年限每增加1年，水稻产量可以增加91.57 kg/hm2。

表3 紫云英不同翻压年限下土壤酸化特征变化

表4 紫云英不同翻压年限下早稻产量构成因子变化

紫云英翻压年限显著影响早稻产量构成中的穗数和结实率，而株高、穗长、每穗总粒数和千粒重则无显著差异(表4)。与G0处理相比，G3、G5、G10和G15处理下早稻的每1m2穗数分别增加了13.76%、22.09%、23.02%和24.27%，但G5、G10和G15处理每1m2穗数不存在显著差异。G3、G5、G10和G15处理下早稻的结实率分别比G0处理高12.40%、14.67%、26.82%和26.47%，同时，G10和G15处理间无显著差异，且G3和G5处理间也不存在显著差异。

2.5 紫云英翻压下驱动水稻产量变化的土壤理化因子分析

在紫云英不同翻压年限下，通过水稻产量()与土壤理化因子()的拟合方程(表5)发现，在土壤团聚体组分中，>2 mm团聚体组分的比例与水稻产量呈显著正相关(<0.01)，而0.5~1 mm和0.25~0.053 mm团聚体组分的比例则与水稻产量呈显著负相关(<0.05)。在土壤有机质和氮磷钾指标中，除了全钾之外，其余指标均与水稻产量呈显著正相关(<0.01)；在土壤酸化指标中，土壤pH、交换性酸、交换性氢和交换性铝均与籽粒产量显著相关(<0.05)。通过相关系数比较发现，在所有指标中，>2 mm团聚体组分的比例、土壤有机质、速效氮与籽粒产量的相关性较高(2均大于0.8，<0.01)。拟合方程的斜率表明，>2 mm团聚体组分的比例每增加1%，籽粒产量提升69.61 kg/hm2；土壤有机质含量每增加1 g/kg，籽粒产量提升33.00 kg/hm2；土壤速效氮每增加1 mg/kg，籽粒产量提升10.13 kg/hm2。

图2 紫云英不同翻压年限下早稻产量变化

Fig. 2. Changes of grain yield in early rice in turnover of Chinese milk vetch for different years.

结合表6的相关分析，除了1~2 mm、0.053~0.25 mm和<0.053 mm团聚体组分以及土壤全钾之外，>2 mm团聚体组分、有机质和速效氮与其他土壤理化性质和产量等指标的相关关系基本一致，均表现出与0.5~1 mm和0.25~0.5 mm团聚体组分以及交换性酸、交换性氢、交换性铝呈显著负相关(<0.05)，而与其他土壤理化性质和产量指标均存在显著正相关(<0.05)，与表4的结果一致，>2 mm团聚体组分、土壤有机质和速效氮含量均与产量显著正相关(相关系数均大于0.80,<0.01)。

表5 紫云英不同翻压年限下籽粒产量与土壤理化指标的拟合方程

由于未达显著，1~2 mm、0.053~0.25 mm和<0.053 mm团聚体组分以及全钾与水稻产量的拟合方程未列出。

The fitting equations between 1~2 mm, 0.053-0.25 mm, <0.053 mm aggregate, total potassium content and grain yield of rice were not displayed due to thevalue higher than 0.05, which were not significant.

线的粗细程度表示各指标之间影响程度的大小。线旁边的数值为通径系数。

Fig. 3. Complex interrelationships between turnover years of Chinese milk vetch, soil physical, chemical indexes and grain yield.

PLS-PM结果显示(图3)，紫云英翻压年限均可以影响土壤团聚体、有机质和养分以及酸化指标。结合通经系数，紫云英翻压年限对团聚体的影响程度最高(通径系数为0.4711)，其次为有机质和养分指标(通径系数为0.3417)，而对酸化特性影响较小(通径系数为0.1435)。同时，土壤有机质和养分指标也显著影响团聚体和酸化特征(通径系数分别为0.6422和0.7605)。进一步分析发现，土壤有机质和养分是影响水稻产量的关键(通径系数为0.8870)，其影响程度明显高于团聚体(通径系数分为0.3924)，而土壤酸化则对水稻产量起抑制作用(通径系数为−0.3504)。

3 讨论

3.1 紫云英不同翻压年限下土壤理化指标变化

在本研究中，由于累积碳氮投入差异，紫云英不同翻压年限下土壤团聚体组分差异较大，与冬闲相比，紫云英翻压3年下>2 mm团聚体的比例无显著变化，但紫云英翻压5、10和15年的土壤中，>2 mm团聚体的比例显著提升。王志强等[25]研究也表明，紫云英翻压5年显著优化土壤团聚体组分。这一方面与长期进行紫云英种植并翻压还田增加了土壤有机质含量，进而促进了大团聚体的形成有关[33]；另一方面，紫云英长期翻压还田还可能通过增加根系分泌物[34]和微生物群落[20]将土壤微团聚体进一步胶结，从而进一步形成大团聚体。

与>2 mm团聚体组分的结果相似，相比冬闲处理，紫云英翻压条件下，土壤有机质、全量和速效氮磷钾及缓效钾含量均有显著增加。且翻压年限越高，有机质、全量氮磷和速效氮磷钾含量的增幅越大，这与前人的研究结果相同[4-6,12-16]。这是由于除了长期紫云英翻压还田下较高的有机碳氮等养分投入之外，紫云英还可能通过影响土壤碳氮磷转化的酶活性[11]进一步激发土壤速效氮磷的周转和活化，从而提高土壤氮磷养分的供应能力，有效保障作物养分需求。但是，在本研究中，紫云英翻压处理下土壤有机质的增幅与其他研究的差异较大，这主要与土壤初始的有机质含量有关。相对有机质较高的稻田，由于固碳效率不同，在有机质较低的土壤上，增加有机碳投入对土壤有机质的增幅显著较高[35]。然而，与土壤全钾含量的结果不同，紫云英翻压还田下土壤速效钾和缓效钾含量显著提高。主要原因是紫云英翻压过程中形成的有机酸等物质可显著促进土壤矿物态钾向缓效态和速效态钾转化[36]，从而进一步提升钾素的有效性。紫云英种植条件下，3~5年的翻压年限不能显著提升土壤pH值，但连续10~15年翻压则显著增加了土壤pH值。这说明紫云英短期翻压对稻田土壤酸化阻控效果有限。而杨滨娟[22]和陈云峰等[28]的研究则表明，紫云英翻压7~8年，土壤pH明显提升，原因可能与土壤pH值的范围有关。在杨滨娟[22]和陈云峰等[28]的研究中，土壤pH值均大于5.0，但本研究中，G0、G3和G5处理的土壤pH值则均低于5.0。我们推测，当土壤pH较低时，紫云英种植时根系分泌和翻压腐解时微生物分泌的有机酸可能中和了有机物料的调酸效果[34, 37]。因此，在该地区的紫云英种植过程，要实现土壤酸化改良目标，一方面应加大种植和翻压年限；另一方面，应进一步结合石灰等改良剂来阻控土壤酸化趋势[38]。

3.2 紫云英不同翻压年限下驱动水稻产量的关键土壤理化因子分析

在双季稻模式中，由于生育期较短，早稻季的产量一般低于晚稻季[39-40]。因此，在品种和光温资源一致的条件下，如何通过培肥措施实现早稻增产就显得十分关键。在紫云英长期翻压条件下，早稻的籽粒产量普遍较高，且随着年限的延长，增产幅度逐渐增大。这与大量的研究结果相同，主要与紫云英长期还田提高了土壤肥力有关。然而，本研究中紫云英翻压还田下早稻的产量增幅明显不同于其他人的研究结果[10,12-14]，这一方面与种植的早稻品种有关，另一方面，紫云英翻压条件的化肥用量和运筹方式也是影响早稻产量形成的关键。很多研究表明，在紫云英翻压还田下，优化氮肥用量和控释尿素均可以显著提高水稻产量和化肥利用率[16-18]。此外，除了早稻之外，长期的紫云英翻压还田也会进一步提高晚稻产量[5-6, 8-9]。因此，在后续的研究中，应进一步系统评估不同紫云英翻压年限对早晚稻的增产效果。

在众多的土壤肥力指标，本研究发现，>2 mm团聚体、土壤有机质和碱解氮含量是影响早稻籽粒产量的关键因子。这与国内外的大量研究相吻合。Peng等[41]研究发现，>2 mm团聚体的周转速率是土壤肥力稳定的关键。余喜初等[42]研究发现，土壤有机质含量与水稻产量显著相关；Liu等[43]研究证实，土壤氮素是调控土壤基础地力的关键。进一步分析发现，紫云英翻压年限对团聚体的影响程度明显高于土壤有机质和养分指标，而土壤有机质和养分则是影响水稻产量的关键。因此，如何通过团聚体结构调控土壤有机质及养分库容是后续研究的重点。Liu等[44]研究也表明，>2 mm团聚体中的钾素含量是影响作物钾素吸收的关键因子。然而，除了产量之外，稻米品质较差也是限制早稻生产的重要瓶颈[45-46]，在未来，如何通过紫云英等培肥措施综合调控高产和优质的关系还有待进一步研究。

4 结论

在双季稻区，紫云英长期翻压还田增加了土壤>2 mm团聚体组分，且提升了土壤有机质含量和氮磷钾养分供应能力。与冬闲相比，在3~15年间，紫云英翻压年限越长，>2 mm团聚体组分和土壤有机质及氮磷钾养分含量的增幅越大。同时，紫云英翻压3~5年对土壤酸化的阻控效果不显著，而翻压年限达到10~15年时土壤pH值显著高于冬闲处理。

紫云英翻压还田显著提高早稻籽粒产量，且增产幅度随翻压年限延长而增加。进一步分析发现，>2 mm团聚体、土壤有机质和速效氮含量对早稻籽粒产量的影响程度较高，且团聚体组分变化是响应紫云英翻压年限的关键指标。

[1] 辛良杰, 李秀彬. 近年来我国南方双季稻区复种的变化及其政策启示[J].自然资源学报, 2009, 24(1): 58-65.

Xin L J, Li X B. Changes of multiple cropping in double cropping rice area of southern China and its policy implications[J]., 2009, 24(1): 58-65. (in Chinese with English abstract)

[2] 曹卫东, 包兴国, 徐昌旭, 聂军, 高亚军, 耿明建. 中国绿肥科研60年回顾与未来展望[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(6): 1450-1461.

Cao W D, Bao X G, Xu C X, Nie J, Gao Y J, Geng M J. Reviews and prospects on science and technology of green manure in China[J]., 2017, 23(6): 1450-1461. (in Chinese with English abstract)

[3] 袁嫚嫚, 刘勤, 张少磊, 陈武荣, 禹洪双. 太湖地区稻田绿肥固氮量及绿肥还田对水稻产量和稻田土壤氮素特征的影响[J]. 土壤学报, 2011, 48(4): 797-803.

Yuan M M, Liu Q, Zhang S L, Chen WR, Yu H S. Effect of biological nitrogen fixation and plow-down of green manure crop on rice yield and soil nitrogen in paddy field[J]., 2011, 48(4): 797-803. (in Chinese with English abstract)

[4] Bi L, Zhang B, Liu G, Li Z, Liu Y, Ye C, Yu X, Lai T, Zhang J, Yin J, Liang Y. Long-term effects of organic amendments on the rice yields for double rice cropping systems in subtropical China[J]., 2009, 129: 534-541.

[5] 李继明, 黄庆海, 袁天佑, 曹金华, 余喜初. 长期施用绿肥对红壤稻田水稻产量和土壤养分的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2011, 17(3): 563-570.

Li J M, Huang Q H, Yuan T Y, Cao J H, Yu X C. Effects of long-term green manure application on rice yield and soil nutrients in paddy soils[J]., 2011, 17(3): 563-570. (in Chinese with English abstract)

[6] 黄晶, 刘淑军, 张会民, 王晓辉, 高菊生. 水稻产量对双季稻-不同冬绿肥轮作及环境的响应[J].生态环境学报, 2016, 25(8): 1271-1276.

Huang J, Liu S J, Zhang H M, Wang X H, Gao J S. The response of rice yields on long-term double cropping rice with different winter green manure rotation and environment[J]., 2016, 25(8): 1271-1276. (in Chinese with English abstract)

[7] Gao S J, Gao J S, Cao W D, Zou C Q, Dou F G. Effects of long-term green manure application on the content and structure of dissolved organic matter in red paddy soil[J]., 2018, 17(8): 1852-1860.

[8] 杨曾平, 徐明岗, 聂军, 郑圣先, 高菊生, 谢坚, 廖育林. 长期冬种绿肥对双季稻种植下红壤性水稻土质量的影响及其评价[J]. 水土保持学报, 2011, 25(3): 92-97, 102.

Yang Z P, Xu M G, Nie J, Zheng S X, Gao J S, Xie J, Liao Y L. Effect of long-term winter planting-green manure on reddish paddy soil quality and its comprehensive evaluation under double-rice cropping system[J]., 2011, 25(3): 92-97, 102. (in Chinese with English abstract)

[9] 周国朋, 曹卫东, 白金顺, 聂军, 徐昌旭, 曾闹华, 高嵩涓, 王艳秋, 志水胜好. 多年紫云英-双季稻下不同施肥水平对两类水稻土有机质及可溶性有机质的影响[J]. 中国农业科学, 2016, 49(21): 4096-4106.

Zhou G P, Cao W D, Bai J S, Nie J, Xu C X, Zeng N H, Gao S J, Wang Y Q, Shimizu K. Effects of different fertilization levels on soil organic matter and dissolved organic matter in two paddy soils after multi-years’ rotation of Chinese milk vetch and double-cropping rice[J]., 2016, 49(21): 4096-4106. (in Chinese with English abstract)

[10] 周国朋, 谢志坚, 曹卫东, 徐昌旭, 白金顺, 曾闹华, 高嵩涓, 杨璐. 稻草高茬–紫云英联合还田改善土壤肥力提高作物产量[J]. 农业工程学报, 2017, 33(23): 157-163.

Zhou G P, Xie Z J, Cao W D, Xu C X, Bai J S, Zeng N H, Gao S J, Yang L. Co-incorporation of high rice stubble and Chinese milk vetch improving soil fertility and yield of rice[J]., 2017, 33(23): 157-163. (in Chinese with English abstract)

[11] 李增强, 张贤, 王建红, 曹凯, 徐昌旭, 曹卫东. 化肥减施对紫云英还田土壤活性有机碳和碳转化酶活性的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2019, 25(4): 525-534.

Li Z Q, Zhang X, Wang J H, Cao K, Xu C X, Cao W D. Effect of chemical fertilizer reduction with return of Chinese milk vetch (L.) on soil labile organic carbon and carbon conversion enzyme activities[J]., 2019, 25(4): 525-534. (in Chinese with English abstract)

[12] 王建红, 曹凯, 张贤. 紫云英翻压量对单季晚稻养分吸收和产量的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(1): 156-163.

Wang J H, Cao K, Zhang X. Effects of incoporation amounts of Chinese milk vetch on nutrient uptake and yield of single cropping late rice[J]., 2014, 20(1): 156-163. (in Chinese with English abstract)

[13] 王飞, 林诚, 林新坚, 何春梅, 李清华, 李昱, 黄功标, 钟少杰. 连续翻压紫云英对福建单季稻产量与化肥氮素吸收、分配及残留的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2014, 20(4): 896-904.

Wang F, Lin C, Lin X J, He C M, Li Q H, Li Y, Huang G B, Zhong S J. Effects of continuous turnover ofon rice yield and N absorption, distribution and residue in single-cropping rice regions of Fujian Province[J]., 2014, 20(4): 896-904. (in Chinese with English abstract)

[14] 黄山, 汤军, 廖萍, 曾勇军, 石庆华, 潘晓华. 冬种紫云英与稻草还田对双季水稻产量和土壤性状的互作效应[J].江西农业大学学报, 2016, 38(2): 215-222.

Huang S, Tang J, Liao P, Zeng Y J, Shi Q H, Pan X H, Interaction of winter legume manure covering (L.) and straw retention on yield and soil properties in a double rice cropping system[J]., 2016, 38(2): 215-222. (in Chinese with English abstract)

[15] 周兴, 廖育林, 鲁艳红, 谢坚, 杨曾平, 聂军, 曹卫东. 肥料减施条件下水稻土壤有机碳组分对紫云英-稻草协同利用的响应[J].水土保持学报, 2017, 31(3): 283-290.

Zhou X, Liao Y L, Lu Y H, Xie J, Yang Z P, Nie J, Cao W D. Responses of contents of soil organic carbon fractions to Chinese milkvetch-rice straw synergistic dispatching under the condition of reducing fertilizer application[J]., 2017, 31(3): 283-290. (in Chinese with English abstract)

[16] 鲁艳红, 廖育林, 聂军, 周兴, 谢坚, 杨曾平. 紫云英与尿素或控释尿素配施对双季稻产量及氮钾利用率的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(2): 360-368.

Lu Y H, Liao Y L, Nie J, Zhou X, Xie J, Yang Z P. Effect of different incorporation of Chinese milk vetch coupled with urea or controlled release urea on yield and nitrogen and potassium nutrient use efficiency in double-cropping rice system[J]., 2017, 23(2): 360-368. (in Chinese with English abstract)

[17] 吕玉虎, 郭晓彦, 李本银, 刘春增, 张丽霞, 曹卫东, 潘兹亮. 翻压不同量紫云英配施减量化肥对土壤肥力和水稻产量的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2017(5): 94-98.

Lü Y H, Guo X Y, Li B Y, Liu C Z, Zhang L X, Cao W D, Pan Z L. Effects of the incorporation of various amounts of Chinese milk vetch (L.) and reducing chemical fertilizer on soil fertility and rice yield., 2017(5): 94-98. (in Chinese with English abstract)

[18] 张颖睿, 杨滨娟, 黄国勤. 紫云英翻压量与不同施氮量对水稻生长和氮素吸收利用的影响[J]. 生态学杂志, 2018, 37(2): 430-437.

Zhang Y R, Yang B J, Huang G Q. Effects of Chinese milk vetch as a green manure and nitrogen fertilization on rice growth and nitrogen absorption and utilization of rice[J]., 2018, 37(2): 430-437. (in Chinese with English abstract)

[19] 万水霞, 朱宏斌, 唐杉, 郭熙盛, 王允青. 紫云英与化肥配施对安徽沿江双季稻区土壤生物学特性的影响[J].植物营养与肥料学报, 2015, 21(2): 115-123.

Wan S X, Zhu H B, Tang S, Guo X S, Wang Y Q. Effects ofmanure and fertilizer combined application on biological properties of soil in Anhui double cropping rice areas along the Yangtze River[J]., 2015, 21(2): 387-395. (in Chinese with English abstract)

[20] Gao S, Chang D, Zou C, Cao W, Gao J, Huang J, Bai J, Zeng N, Rees R, Thorup-Kristensen K. Archaea are the predominant and responsive ammonia oxidizing prokaryotes in a red paddy soil receiving green manures[J]., 2018, 88: 27-35.

[21] Fang Y, Wang F, Jia X, Chen J. Distinct responses of ammonia-oxidizing bacteria and archaea to green manure combined with reduced chemical fertilizer in a paddy soil[J]., 2019, 19(4): 1613-1623.

[22] 杨滨娟, 黄国勤, 王超, 林青, 徐宁. 稻田冬种绿肥对水稻产量和土壤肥力的影响[J].中国生态农业学报, 2013, 21(10): 1209-1216.

Yang B J, Huang G Q, Wang C, Lin Q, Xu N. Effects of winter green manure cultivation on rice yield and soil fertility in paddy field[J]., 2013, 21(10): 1209-1216. (in Chinese with English abstract)

[23] 高菊生, 曹卫东, 李冬初, 徐明岗, 曾希柏, 聂军, 张文菊. 长期双季稻绿肥轮作对水稻产量及稻田土壤有机质的影响[J]. 生态学报, 2011, 31(16): 57-63.

Gao J S, Cao W D, Li D C, Xu M G, Zeng X B, Nie J, Zhang W J. Effects of long-term double-rice and green manure rotation on rice yield and soil organic matter in paddy field[J]., 2011, 31(16): 57-63. (in Chinese with English abstract)

[24] Yang Z, Xu M, Zheng S, Nie J, Gao J, Liao Y, Xie J. Effects of long-term winter planted green manure on physical properties of reddish paddy soil under a double-rice cropping system[J]., 2012, 11(4): 139-148.

[25] 王志强, 刘英, 杨文亭, 周泉, Muhammad A, 王海, 黄国勤, 赵其国. 稻田复种轮作休耕对土壤团聚体分布及稳定性的影响[J]. 土壤学报, 2018, 55(5): 106-118.

Wang Z Q, Liu Y, Yang W T, Zhou Q, Muhammad A, Wang H, Huang G Q, Zhao Q G. Effects of rotation and fallow in paddy field on distribution and stability of soil aggregates[J]., 2018, 55(5): 1143-1155. (in Chinese with English abstract)

[26] 刘春增, 刘小粉, 李本银, 王守刚, 丰大清, 刘祥臣, 曹卫东. 紫云英还田对水稻产量、土壤团聚性及其有机碳和全氮分布的影响[J].华北农学报, 2012, 27(6): 227-231.

Liu C Z, Liu X F, Li B Y, Wang S G, Feng D Q, Liu X C, Cao W D. Effects of planting Chinese milk vetch on rice yield，soil aggregation and distributions of its carbon and total nitrogen[J]., 2012, 27(6): 224-228. (in Chinese with English abstract)

[27] Dong W, Zhang X, Wang H, Dai X, Sun X, Qiu W, Yang F. Effect of different fertilizer application on the soil fertility of paddy soils in red soil region of southern China[J]., 2012, 7(9): e44504.

[28] 陈云峰, 邹贤斌, 罗时明, 李双来, 胡诚, 乔艳, 刘东海. 连年翻压紫云英对早稻田土壤性质及酶活性动态的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2019(2): 30-35.

Chen Y F, Zou J B, Luo S P, Li S L, Hu C, Qiao Y, Liu D H. Effects of Chinese milk vetch (L.) incorporation on dynamics of soil characteristics and enzyme activities in early rice[J]., 2019(2): 30-35. (in Chinese with English abstract)

[29] 杨文叶, 王忠, 李丹, 张丹, 周航. 不同冬绿肥对水稻田土壤有机质及酸碱度的影响[J].浙江农业科学, 2017, 58(2): 239-240.

Yang Q Y, Wang Z, Li D, Zhang D, Zhou H. Effects of different winter green fertilizers on soil organic matter and pH in paddy field[J]., 2017, 58(2): 239-240. (in Chinese with English abstract)

[30] 谢志坚, 贺亚琴, 徐昌旭. 紫云英-早稻-晚稻农田系统的生态功能服务价值评价[J].自然资源学报, 2018, 33(5): 735-746.

Xie Z J, He Y Q, Xu C X. Appraisal on ecological services from Chinese milk vetch-early rice-late rice cropping ecosystem[J]., 2018, 33(5): 735-746. (in Chinese with English abstract)

[31] Elliott E T. Aggregate structure and carbon, nitrogen, and phosphorus in native and cultivated soils[J]., 1986, 50(3): 627-633.

[32] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京：中国农业科学技术出版社, 2000.

Lu R K. Soil agricultural chemical analysis method[M]. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press, 2000.

[33] Guo Z C, Zhang J B, Fan J, Yang X Y, Yi Y L, Han X R, Wang D Z, Zhu P, Peng X H. Does animal manure application improve soil aggregation? Insights from nine long-term fertilization experiments[J]., 2019, 660: 1029-1037.

[34] 林新坚, 兰忠明, 张辉, 王飞, 何春梅. 不同紫云英基因型根系分泌物中有机酸成分分析[J]. 草业学报, 2014, 23(4): 146-152.

Lin X J, Lan Z M, Zhang H, Wang F, He C M. Organic acid composition analysis of root exudation of Chinese milk vetch genotypes[J]., 2014, 23(4): 146-152. (in Chinese with English abstract)

[35] Liu K L, Huang J, Li D M, Yu X C, Ye H C, Hu H W, Hu Z H, Huang Q H, Zhang H M. Comparison of carbon sequestration efficiency in soil aggregates between upland and paddy soils in a red soil region of China[J]., 2019, 18(6): 1348-1359.

[36] 黄晶, 高菊生, 张杨珠, 曹卫东, 刘淑军. 紫云英还田后不同施肥下的腐解及土壤供钾特征[J]. 中国土壤与肥料, 2016(1): 83-88.

Huang J, Gao J S, Zhang Y Z, Cao W D, Liu S J. Dynamics of Chinese milk vetch decomposition in paddy field under different fertilization and the supply ability of soil potassium[J]., 2016(1): 83-88. (in Chinese with English abstract)

[37] 孟红旗, 吕家珑, 徐明岗, 蔡泽江, 王伯仁. 有机肥的碱度及其减缓土壤酸化的机制[J]. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(5): 1159-1167.

Meng H Q, Lü J L, Xu M G, Cai Z J, Wang B R. Alkalinity of organic manure and its mechanism for mitigating soil acidification[J]., 2012, 18(5): 1159-1167. (in Chinese with English abstract)

[38] 易琼, 杨少海, 黄巧义, 黄旭, 蒋瑞平, 唐拴虎. 改良剂对反酸田土壤性质与水稻产量的影响[J]. 土壤学报, 2014, 51(1): 176-183.

Yi Q, Yang S H, Huang Q Y, Huang X, Jiang R P, Tang S H. Effect of soil ameliorants on soil properties and rice yield of acid sulfate paddy field[J]., 2014, 51(1): 176-183. (in Chinese with English abstract)

[39] 曾勇军, 周庆红, 吕伟生, 谭雪明, 潘晓华, 石庆华. 土壤酸化对双季早、晚稻产量的影响[J]. 作物学报, 2014, 40(5): 899-907.

Zeng Y J, Zhou Q H, Lv W S, Tan X M, Pan X H, Shi Q H. Effects of soil acidification on the yield of double season rice[J]., 2014, 40(5): 899-907. (in Chinese with English abstract)

[40] 郭尔静, 杨晓光, 王晓煜, 张天一, 黄晚华, 刘子琪, 李涛. 湖南省双季稻产量差时空分布特征[J]. 中国农业科学, 2017, 50(2): 399-412.

Guo E J, Yang X G, Wang X Y, Zhang T Y, Huang W H, Liu Z Q, Li T. Spatial-temporal distribution of double cropping rice’s yield gap in Hunan Province[J]., 2017, 50(2): 399-412. (in Chinese with English abstract)

[41] Peng X, Zhu Q, Zhang Z, Hallett P. Combined turnover of carbon and soil aggregates using rare earth oxides and isotopically labelled carbon as tracers[J]., 2017, 109: 81-94.

[42] 余喜初, 李大明, 柳开楼, 黄庆海, 叶会财, 徐小林, 陈明, 胡惠文. 长期施肥红壤稻田有机碳演变规律及影响因素[J]. 土壤, 2013, 45(4): 655-660.

Yu X C, Li D M, Liu K L, Huang Q H, Ye H C, Xu X L, Chen M, Hu H W. Evolution and influencing factors of soil organic carbon under long-term fertilization in subtropical paddy field of China[J]., 2013, 45(4): 655-660. (in Chinese with English abstract)

[43] Liu K, Han T, Huang J, Zhang S, Gao H, Zhang L, Shah A, Huang S, Zhu P, Gao S, Ma C, Xue Y, Zhang H. Change of soil productivity in three different soils after long-term field fertilization treatments[J]., 2020, 19(3): 848-858.

[44] Liu K, Han T, Huang J, Huang Q, Li D, Hu Z, Yu X, Muhammad Q, Ahmed W, Hu H, Zhang H. Response of soil aggregate-associated potassium to long-term fertilization in red soil[J]., 2019, 352: 160-170.

[45] 邓华凤, 舒服, 蒲宏铁. 对长江流域早籼稻品质改良中几个问题的看法[J]. 杂交水稻, 2001, 16(4): 4-6.

Deng H F, Shu F, Pu H T. Views on several problems in the grain quality improvement of early indica rice of the Yangtze River valley[J]., 2001, 16(4): 4-6. (in Chinese with English abstract)

[46] 曾研华, 吴建富, 潘晓华, 石庆华, 朱德峰. 稻草不同还田方式对双季水稻产量及稻米品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(3): 534-542.

Zeng Y H, Wu J F, Pan X H, Shi Q H, Zhu D F. Study on yield and quality of double cropping rice in different straw return approaches[J]., 2013, 19(3): 534-542. (in Chinese with English abstract)

Analysis on the Key Factors of Soil Physicochemical Properties Responsible for Changes in Rice Yield with Chinese Milk Vetch Turned over for Different Years

LIU Kailou1,2, HAN Tianfu2, LI Wenjun1, 3, YU Xichu1,*, HU Zhihua1, YE Huicai1, HU Dandan1,SONG Huijie1, LI Daming1, HUANG Qinghai1

( Jiangxi Institute of Red Soil/National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement,,; Institute of Agricultural Resources and Regional Planning,,,; College of Resources and Environment and Tourism,,,；*,:)

【】The Chinese milk vetch (L) is an important green manure in the winter fallow of double-cropping rice system. The long-term returning of Chinese milk vetch to the field could achieve both soil fertility improvement and higher rice yield. However, it is still unclear that the key factors among many soil physical and chemical indicators, which drives the change of rice yield in turnover of Chinese milk vetch for different years. 【】Five treatments with 0, 3, 5, 10, and 15 (G0, G3, G5, G10, and G15) turnover years of Chinese milk vetch were selected in Yujiang District of Jiangxi Province, China, the traditional planting area of Chinese milk vetch. The soil aggregates, organic matter, nitrogen, phosphorus, potassium contents and soil acidification characteristics were analyzed. Furthermore, the relationship between soil indicators and yield of early rice was explored. 【】The proportions of > 2 mm aggregate in G5, G10 and G15 were significantly increased. The longer turnover years of Chinese milk vetch led to the higher contents of soil organic matter, total nitrogen and phosphorus, available nitrogen, phosphorus, potassium, and readily available potassium. Compared with G0, the soil pH values in G10 and G15 were increased by 0.83 and 0.65 units. Moreover, the contents of exchangeable acid, hydrogen, and aluminum in G15 were significantly decreased as compared with those in G0. The comparison of correlation coefficients indicated that the proportion of >2 mm aggregate, soil organic matter, available nitrogen had higher interrelation with the grain yield (R> 0.80,<0.01). In addition, it was found that the turnover years of Chinese milk vetch significantly affected the soil aggregates, organic matter, and nutrient indicators, leading to the change of rice yield. 【】In the double-cropping rice system, long-term turnover of Chinese milk vetch could be the main pattern to achieve higher soil fertility and rice yield. The soil acidification can be alleviated when more than 10 years turnover of Chinese milk vetch. The macro-aggregate content was more sensitive to different turnover years of Chinese milk vetch. It suggested that soil organic matter and available nitrogen were the key factors to the change of rice yield.

Chinese milk vetch; different years; aggregates; soil acidification; grain yield; early rice

10.16819/j.1001-7216.2021.0402

2020-04-20；

2020-12-06。

江西省自然科学基金资助项目（20192BAB203022）；国家重点研发计划资助项目（2016YFD0200101）。